Aptiktas Beta Pictoris d: ilgai paslėpta planeta arti mūsų

Įsivaizduokite, kad atidarote dulkėtą archyvą ir randate nuotrauką žmogaus, kurio egzistavimo niekada nežinojote. Toks yra pranešto atradimo tonas apie Beta Pictoris d, planetą, tokį blankią, kad ji astronomams praslydo pro akis daugiau nei dešimtmetį.

Tyrėjai pirmą kartą pastebėjo Beta Pictoris d, kai peržiūrinėjo stebėjimus savo gerokai ryškesnės giminaitės Beta Pictoris b. Komanda, vadovaujama astronomų, susijusių su Europos Pietų observatorija ir Edinburgo universiteto, sujungė naujas Europos Pietų observatorijos Labai Didžiojo Teleskopo (Very Large Telescope, VLT) nuotraukas su James Webb kosminio teleskopo (JWST) archyvine medžiaga, kad išryškintų planetą, kuri slėpėsi tiesiogiai matomoje vietoje.

Žvaigždė Beta Pictoris. 

Silpna planeta aptikta atkaklumu, ne atsitiktinumu

„Tai buvo atsitiktinis atradimas“, sako Ben Sutlieff, tyrimo bendra vadovas. Ši frazė tinkama, bet neįvertina kruopštaus detektyvinio darbo, stovėjusio už šio radinio. Astronomai nesižvalgė aklai. Jie tyrinėjo Beta Pictoris b dėl subtilių pokyčių laikui bėgant, kai iš akinimo išsiskyrė naujo objekto silpnesnis signalas.

Beta Pictoris yra vos už 64 šviesmečių, Tapytojo žvaigždyne. Ši žvaigždė yra jauna pagal žvaigždžių standartus, maždaug 23 milijonų metų amžiaus, beveik dukart masyvesnė už Saulę, apie 50 procentų didesnė spindulio atžvilgiu ir maždaug devynis kartus šviesesnė. Jos jaunystė matyti. Platus atliekų diskas supa žvaigždę, chaotiška dulkių ir susidūrimų sritis, kur dar vyksta sąveikos tarp jaunų planetų ir planetesimalų.

Daugiau planetų jau buvo žinomos sistemoje: Beta Pictoris b ir c, abi masyvios dujinės milžinės, maždaug dešimt kartų masyvesnės už Jupiterį ir spindinčios labai aukštoje temperatūroje. Beta Pictoris d yra kitokia. Maždaug 2,4 karto Jupiterio masės ir efektyvios temperatūros apie 330 laipsnių Celsijaus, ji yra šaltesnė ir daug blankesnė už savo giminaites. Ji skrieja toliau nuo žvaigždės, atstumas panašus į Neptūno atstumą nuo Saulės, kas prisidėjo prie to, kodėl ją taip sunku buvo aptikti.

Daugiau nei dešimtmečio stebėjimų serija, atskleidžianti planetą Beta Pictoris d.

Techninės kliūtys ir kas leido aptikti planetą

Tiesioginis egzoplanetų vaizdavimas yra sudėtingas, nes žvaigždės nuslenkia savo planetas milijonais ar net milijardais kartų. Beta Pictoris d yra maždaug 100 kartų blankesnė už Beta Pictoris b, todėl tai yra blankiausia egzoplaneta, kada nors tiesiogiai nufotografuota iš žemės. Norint aptikti tokį silpną signalą, astronomai sujungė daug metų trunkančius stebėjimus ir pasinaudojo pažanga vaizdų apdorojime bei infraraudonųjų spindulių jautrumo gerinimu.

Jayne Birkby, bendraautorė ir astrofizikos profesorė Oksfordo universitete, pasakė paprastai: „Panašu, kad planeta d daugiau nei dešimtmetį žaidė su mumis slėpynių žaidimą, ir tik dabar galime pasakyti 'radome tave!'“ Šis atradimas pabrėžia, kaip pasikartojantys, aukštos kokybės stebėjimai gali atskleisti objektus, kurie lieka paslėpti vieno etapo tyrimuose.

Kombinuotas duomenų rinkinys iš Europos Pietų observatorijos Labai Didžiojo Teleskopo (Very Large Telescope, VLT) ir James Webb kosminio teleskopo (JWST) archyvų leido komandai patvirtinti, kad silpna taškinė šviesa judėjo taip, kaip tiktų su su planeta susieta trajektorija, o ne kaip fono žvaigždė. Svarbu, kad planetos orbitos atstumas ją statė į zoną, kurioje tikėtinas periodinis matomumas: kartais ji būdavo pernelyg arti žvaigždės, kad būtų aiškiai atskirta, kartais pakankamai toli, kad būtų matoma, o dažnai ją užgoždavo dulkės ir disko struktūros.

Tiesioginis infraraudonųjų bangų vaizdavimas jau atskleidė dešimtis jaunų, masyvių planetų, kai kurių temperatūra viršija 3 000 laipsnių Farenheito. Tos pasaulės yra labai įkaitusios, ryškiai šviečiančios būtybės, palyginti su Beta Pictoris d. Šaltų, mažesnės masės planetų, tokių kaip ši, aptikimas verčia išbandyti dabartinių teleskopų ir analizės metodų ribas.

Kodėl kelių planetų sistemos yra svarbios

Sistemos, kuriose yra kelios tiesiogiai nufotografuotos planetos, astronomams yra ypač vertingos. Jos veikia kaip palyginamosios laboratorijos. Kai planetos formuojasi tame pačiame diske, skirtumai masėje, temperatūroje, sudėtyje ir orbitose atskleidžia, kaip formavimo ir migracijos procesai vyksta vienoje aplinkoje.

„Sistemos su keliomis tiesiogiai nufotografuotomis egzoplanetomis yra atradimų šventasis gralis, nes jos gali daug išmokyti apie tai, kokios skirtingos egzoplanetos yra toje pačioje formavimosi aplinkoje“, sakė Sutlieff. Projekto tyrėja Beth Biller teigė, kad tokiuose sistemose tikėtina slepiasi daugiau mažesnės masės planetų ir kad artėjantys instrumentai atskleis daug jų.

Planuojamos observatorijos, ypač Ekstremaliai Didysis Teleskopas (Extremely Large Telescope, ELT), suteiks didelį šuolį jautrumo ir raiškos srityje. Tikimasi, kad tas teleskopas aptiks planetas, kurių dabartinės priemonės negali, atskleisdamas turtingesnę ir įvairesnę jaunų, mažesnės masės pasaulių populiaciją.

Ekspertų įžvalgos

„Beta Pictoris d atradimas yra tiek kantrybės, tiek tikslumo demonstracija“, sako dr. Elena Moreno, stebimosios egzoplanetų mokslo specialistė, nebuvusi susijusi su tyrimu. „Tai parodo, kaip archyviniai duomenys gali būti tokie pat vertingi kaip nauji stebėjimai ir kodėl nuolatinis artimų jaunų žvaigždžių monitoringas yra būtinas. Kiekviena papildoma planeta, kurią nustatome, tikslina planetų formavimosi ir migracijos modelius.“

Šis aptikimas taip pat pabrėžia kryžminių priemonių bendradarbiavimo vertę. Ilgalaikio žemės monitoringo derinimas su kosminių teleskopų archyvais plečia atradimų lauką. Kai instrumentai tobulės ir algoritmai gerės, silpniausia planetų populiacijos dalis ateityje taps labiau matoma.

Išvada

Beta Pictoris d yra daugiau nei katalogo įrašas. Tai įrodymas, kad mūsų Saulės apylinkių planetinių sistemų inventorius vis dar yra neišbaigtas, ypač kalbant apie mažesnės masės ir vėsesnes planetas. Šis radinys primena, kad atradimai gali kilti, kai stebėtojai sugrįžta prie žinomų tikslų su naujais įrankiais ir naujais klausimais. Ateinančiais metais žemės ir kosmoso observatorijos greičiausiai pavers daugiau tokių paslėptų pasaulių žinomais kaimynais, gilindamos mūsų supratimą apie tai, kaip formuojasi ir vystosi planetinės sistemos.